CN106932106A - 一种高精度人体红外探测装置及其检测方法 - Google Patents

一种高精度人体红外探测装置及其检测方法 Download PDF

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吕富勇
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马芙蓉
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    • G01J5/34Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors

Abstract

本发明公开了一种高精度人体红外探测装置及其检测方法,本发明的装置包括不透明外壳,热释电传感器,控制电路板,电机,正弦轨迹挡板和用于固定各部件的固定板。本发明可同时实现静态和动态人体检测,本发明可实现人体红外信号的高倍放大,从而大大提高人体探测距离和检测精度,另外,本发明电机仅在检测静态人体时工作,从而避免电机一直运作,带来的噪声和能源浪费。

Description

一种高精度人体红外探测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于自动防护与自动控制领域,尤其涉及一种高精度人体红外探测装置及其检测方法。
背景技术
人体目标是环境中最重要和最活跃的元素,对场景中的人体目标进行检测、识别和跟踪一直以来都是关注的热点,且与可见光成像相比,红外热成像因其具有强大的“穿透”能力。目前利用激光、红外、微波等方式检测人体应用已很广泛,实现的人体检测基本是检测动态的人体,当人体处于静态时,除利用红外成像、图像分析等成本高昂的检测方法外,还没有一种低成本的传感器检测方法能精确的检测到静态人体,所以利用低成本的热释电红外传感器来智能并精确的检测静态人体是具有重大意义的。
但目前热释电传感器存在许多不足:1、在宠物、热气流等干扰下,信号识别的准确率有所下降。之所以如此,主要原因是因为缺乏对热释电传感器输出的红外信号进行充分有效的分析,对信号中所含有的特征信息没有进行有效的数据挖掘。仅仅采用脉冲计数/定时、设定信号幅度阈值触发等简单方法,导致信号准确率下降。2、传统热释电红外传感器只能进行被动式工作,不能探测静态物体,如何优化被动检测的方法成为亟需解决的问题。
为了检测静态的人体,现有专利方法如下:公开号为CN203502117U、CN102510601A、CN201983863U、CN103399351A,CN201766566U等的中国专利,都是利用传感器和人体的相对运动来检测静态人体,该系列方法都忽略了传感器运动时,环境中的红外光线也与之形成了运动,热释电传感器即使无人情况下依旧会产生输出,且设备损耗大,耗能较多,可靠性较差。
公开号为CN105093346A CN103148946A,CN101922462A,CN10292809,CN103148946A,CN201234378Y的中国专利:对于动态人体的检测需配合定位装置。而如果不用定位装置可以使整个检测系统变为简单,成本更低。对于静止人体检测都是通过控制挡板周期性遮挡红外热释电传感器,使传感器输出变为脉冲信号,通过判断脉冲信号的变化,来设别是否有人。该系列方法虽能检测到静态人体,但没有对信号进行充分的分析,仅仅采用脉冲计数/定时、设定信号幅度阈值触发等简单方法,且脉冲信号放大后有较多毛刺,从而影响信号判断的准确率。而本发明通过使传感器输出为正弦波信号会有益于信号的放大分析,大大提高检测的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种高精度人体红外探测装置及其检测方法,无需电机一直运转,无需配合定位装置,即可用一个热释电传感器,同时实现静态与动态的人体检测。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种高精度人体红外探测装置,包含不透明外壳、热释电传感器、控制电路板、电机、正弦波轨迹挡板和固定板,所述固定板设置于不透明外壳内部并垂直于不透明外壳内壁,所述正弦波轨迹挡板与固定板平行且通过电机的转动轴连接,所述热释电传感器设置在固定板上,所述电机设置在固定板的中心对称点上,所述控制电路板包含窄带滤波放大电路、A/D转换模块、单片机、电机驱动电路和功率驱动电路,所述热释电传感器依次通过窄带滤波放大电路、A/D转换模块连接单片机,所述电机驱动电路和功率驱动电路分别与单片机连接。
作为本发明一种高精度人体红外探测装置的进一步优选方案,所述热释电传感器的芯片型号为KDS209。
作为本发明一种高精度人体红外探测装置的进一步优选方案,所述热释电传感器包括PIR传感器,与PIR传感器前端设置的起聚焦作用的菲涅尔透镜和传感器信号处理电路。
作为本发明一种高精度人体红外探测装置的进一步优选方案,所述不透明外壳为筒状。
作为本发明一种高精度人体红外探测装置的进一步优选方案,所述正弦波轨迹挡板上设有豁口,豁口的边缘轨迹为正弦波。
一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法,具体包含如下步骤;
步骤1,红外探测装置进入动态人体检测模式;
步骤2,若在规定的时间检测不到动态人体时,单片机控制电机匀速转动,使检测装置处于静态人体检测模式;
步骤3,判断有无静态人体存在,若无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,直到检测到无静态人体存在,同时返回步骤1继续执行。
作为本发明一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法的进一步优选方案,所述步骤1具体包含如下步骤:
步骤1.1,单片机控制电机处于工作状态,电机带动正弦波轨迹挡板匀速转动;
步骤1.2,通过对正弦波信号的波峰或波谷的检测,实现挡板停止位置的精确定位,使热释电传感器停于正弦轨迹挡板的豁口中,保证热释电传感器能直接接收人体红外信号,使检测系统处于动态人体检测模式,此时电机不工作。
作为本发明一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法的进一步优选方案,所述步骤3具体包含如下步骤:
步骤3.1,单片机控制电机匀速转动,使正弦波轨迹挡板匀速转动,使热释电传感器匀速经过正弦波轨迹挡板的豁口,使热释电传感器输出正弦波信号,并经过窄带滤波放大电路将热释电传感器的输出信号进行放大滤波处理;
步骤3.2,通过判断放大滤波处理后波形的幅值的区别,来设别判断有无静态人体存在;
步骤3.3,若检测到无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,电机连续匀速转动,直到检测到无静态人体,系统返回步骤1继续执行。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
1、一种高精度人体红外探测装置可以使用一个热释电传感器检测静态与动态人体,通过单片机的智能控制,使电机无需持续运作即可完成静态与动态人体检测;
2、电机可选普通直流电机,成本低廉,耗能少,且对于电机转速并无太大要求;
3、本发明结构精简,体积小,制作成本低,便于安装;
4、本发明无需定位装置即可检测动态人体,且静态检测通过传感器输出为正弦波信号,从而可以使用窄带滤波器实现高倍放大,且正弦信号经放大电路放大后毛刺少,大大提高系统的检测灵敏度,大大增加了检测的距离和精度,会有益于对信号进行更充分有效的分析。
附图说明
图1是一个实施例的整体结构图;
图2是图1实施例的电路组成框图;
图3是图2实施例中运动人体检测信号处理与单片机连接图;
图4是图2实施例中静止人体检测信号处理与单片机连接图;
图5是图2中的单片机所控制的驱动电路图;
图6是图1中正弦波轨迹挡板平面示意图。
图1中标号具体如下:1-不透明外壳,2-热释电传感器,3-控制电路板,4-正弦波轨迹挡板,5-固定板,6-电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示,一种高精度人体红外探测装置,包含不透明外壳1、热释电传感器2、控制电路板3、电机6、正弦波轨迹挡板4和固定板5,所述固定板5设置于不透明外壳1内部并垂直于不透明外壳1内壁,所述正弦波轨迹挡板4与固定板5平行且通过电机6的转动轴连接,所述热释电传感器2设置在固定板5上,所述电机6设置在固定板5的中心对称点上。
控制电路板组成如图2所示,所述控制电路板3包含窄带滤波放大电路、A/D转换模块、单片机、电机驱动电路和功率驱动电路,所述热释电传感器2依次通过窄带滤波放大电路、A/D转换模块连接单片机,所述电机驱动电路和功率驱动电路分别与单片机连接。
动态人体检测信号处理电路如图3所示,热释电传感器的输出经过放大器放,然后经过比较器后输出高低电平。该输出信号用于判断是否存在动态人体。
所述热释电传感器的芯片型号为KDS209,所述不透明外壳为筒状,所述正弦波轨迹挡板上设有豁口,豁口的边缘轨迹为正弦波,豁口的数量为整数个正弦周期,如图6所示。
静态人体检测信号处理电路如图4所示,热释电传感器的正弦波输出经过滤波放大后,然后经过AD转换,将数据传输给单片机,单片机通过一系列处理分别判断波形幅值和的区别,判断当前环境是否有人。
本发明通过单片机的一系列智能判断来调整静态与动态人体检测模式的工作时间。
控制功率驱动电路的导通与断路的信号是作为单片机选择静止检测与动态检测的标准之一。如图5所示,本实施例通过控制继电器的吸合与释放,控制功率驱动电路的导通与否。
一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法,具体包含如下步骤;
步骤1,红外探测装置进入动态人体检测模式;
步骤2:若在规定的时间检测不到动态人体时,单片机控制电机匀速转动,使检测装置处于静态人体检测模式;
步骤3判断有无静态人体存在,若无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,直到检测到无静态人体存在,同时返回步骤1继续执行。
所述步骤1具体包含如下步骤:
步骤1.1,单片机控制电机处于工作状态,电机带动正弦波轨迹挡板匀速转动;
步骤1.2,通过对正弦波信号的波峰或波谷的检测,实现挡板停止位置的精确定位,使热释电传感器停于正弦轨迹挡板的豁口中,保证热释电传感器能直接接收人体红外信号,使检测系统处于动态人体检测模式,此时电机不工作。
所述步骤3具体包含如下步骤:
步骤3.1,单片机控制电机匀速转动,使正弦波轨迹挡板匀速转动,使热释电传感器匀速经过正弦波轨迹挡板的豁口,使热释电传感器输出正弦波信号,并经过窄带滤波放大电路将热释电传感器的输出信号进行放大滤波处理;
步骤3.2,通过判断放大滤波处理后波形的幅值的区别,来设别判断有无静态人体存在;
步骤3.3,若检测到无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,电机连续匀速转动,直到检测到无静态人体,系统返回步骤1继续执行
以下是一种可检测静止与运动人体的红外探测装置与方法的详细工作步骤:
a)首先控制电机带动正弦波轨迹挡板匀速转动,然后单片机智能控制电机停止运转的时间和正弦波轨迹挡板转动延时的为100ms时间使传感器停于正弦轨迹挡板的豁口中,保证热释电传感器2能直接接收人体红外信号。
b)功率驱动电路初始为断路,(若为导通状态,则说明系统已经开始正常工作,执行步骤c))。
c)执行传感器动态检测。如图3所示,传感器将检测的信号经过窄带滤波放大,然后通过比较器输出高低电平信号,单片机持续扫描传感器模块高低电平输出。若检测到有人,使功率驱动电路导通,传感器继续进行动态检测;若传感器模块输出为低电平,那么执行步骤d)。
d)若发现功率驱动电路为断路,那么返回步骤c)。若发现功率驱动电路为导通状态,说明可能存在静止人体。执行步骤e)。
e)单片机执行定时程序定时时间内,依旧持续检测传感器模块的输出。若定时时间内,出现了高电平,那么清空定时器值,返回步骤b);未检测到有动态人体,那么执行步骤f)。
f)单片机控制电机匀速旋转,不去检测传感器模块开关量输出,对热释电传感器输出的正弦波波形幅值分别进行对比。若出现差别,执行步骤f),若无差别执行步骤b)
g)若出现差别,说明当前环境下有静止人体,那么保持功率驱动电路的导通。
应当指出的是,尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,以上所述实施内容,是结合具体的优选实施方式的一种,是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,而是要求符合与本文所公开的思路和原理相一致的最宽的范围,如对于孔位置的检测方式,内部结构各部件固定方式等。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思和算法的前提下,还可以做出若干简单改进或替换。在附权利要求书所限定的本发明的原理范围内,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高精度人体红外探测装置,其特征在于:包含不透明外壳(1)、热释电传感器(2)、控制电路板(3)、电机(6)、正弦波轨迹挡板(4)和固定板(5),所述固定板(5)设置于不透明外壳(1)内部并垂直于不透明外壳(1)内壁,所述正弦波轨迹挡板(4)与固定板(5)平行且通过电机(6)的转动轴连接,所述热释电传感器(2)设置在固定板(5)上,所述电机(6)设置在固定板(5)的中心对称点上,所述控制电路板(3)包含窄带滤波放大电路、A/D转换模块、单片机、电机驱动电路和功率驱动电路,所述热释电传感器(2)依次通过窄带滤波放大电路、A/D转换模块连接单片机,所述电机驱动电路和功率驱动电路分别与单片机连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度人体红外探测装置,其特征在于:所述热释电传感器的芯片型号为KDS209。
3.根据权利要求1所述的一种高精度人体红外探测装置,其特征在于:所述热释电传感器包括PIR传感器,与PIR传感器前端设置的起聚焦作用的菲涅尔透镜和传感器信号处理电路。
4.根据权利要求1所述的一种高精度人体红外探测装置,其特征在于:所述不透明外壳为筒状。
5.根据权利要求1所述的一种高精度人体红外探测装置,其特征在于:所述正弦波轨迹挡板上设有豁口,豁口的边缘轨迹为正弦波。
6.一种基于权利要求1至权利要求5所述的高精度人体红外探测装置的检测方法,其特征在于:具体包含如下步骤;
步骤1,红外探测装置进入动态人体检测模式;
步骤2:若在规定的时间检测不到动态人体时,单片机控制电机匀速转动,使检测装置处于静态人体检测模式;
步骤3判断有无静态人体存在,若无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,直到检测到无静态人体存在,同时返回步骤1继续执行。
7.根据权利要求6所述的一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法,其特征在于:所述步骤1具体包含如下步骤:
步骤1.1,单片机控制电机处于工作状态,电机带动正弦波轨迹挡板匀速转动;
步骤1.2,通过对正弦波信号的波峰或波谷的检测,实现挡板停止位置的精确定位,使热释电传感器停于正弦轨迹挡板的豁口中,保证热释电传感器能直接接收人体红外信号,使检测系统处于动态人体检测模式,此时电机不工作。
8.根据权利要求6所述的一种基于高精度人体红外探测装置的检测方法,其特征在于:所述步骤3具体包含如下步骤:
步骤3.1,单片机控制电机匀速转动,正弦波轨迹挡板匀速转动,热释电传感器匀速经过正弦波轨迹挡板的豁口,热释电传感器输出正弦波信号,并经过窄带滤波放大电路将热释电传感器的输出信号进行放大滤波处理;
步骤3.2,通过判断放大滤波处理后波形的幅值的区别,来设别判断有无静态人体存在;
步骤3.3,若检测到无静态人体存在,则返回步骤1;若检测到有静态人体存在,则进入连续工作模式,电机连续匀速转动,直到检测到无静态人体,系统返回步骤1继续执行。
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